electrónica curso 2019 - departamento de física

Electrónica

Clase 5

Fuentes de alimentación

Rectificación

1Electrónica - Christian Grunfeld

• Esquema en bloques de una fuente de alimentaciónde tensión continua a partir de tensión alterna.

220 V 50 Hz

6 V

50 Hz

5 V

Fuente de alimentación

Tra

nsf

orm

ador

Rec

tifi

cador

Filtr

o

Reg

ula

dor

Fuente de alimentación

Electrónica - Christian Grunfeld 2

señal de c.a.

señal de c.a. más peq ueña

Transformador

+

–

vE

+

–

vS

Transformador


Proporciona acoplamiento y acondicionamiento detensiones y corrientes entre dos circuitos, idealmentesin pérdida de potencia.

2211

1

2

1

2

NINI

N

N

V

V

=

= Ecuaciones ideales deun transformador.

• La rectificación de una señal de alterna consiste enobtener una señal con un valor medio distinto decero.

• Los rectificadores pueden ser de media onda o deonda completa.

• Los de media onda eliminan una parte de la señal(positiva o negativa).

• Los de onda completa convierten el semiperiodonegativo a positivo manteniendo el semiperiodopositivo.

Rectificación


•El objetivo es obtener una tensión continua,frecuencia que no está presente en la tensión de red(f=0). Frecuencia de red = 50 Hz.

•Por esto el dispositivo rectificador tiene que ser unelemento no lineal. A la salida del mismo hay unacomponente de frecuencia no presente a la entrada.Esto no ocurre con sistemas lineales.

•La salida del rectificador tiene valor medio.

•Podemos mejorar lo obtenido (filtro, regulador)

Rectificación


c.a. (positiva y negativa)

Tiene valor medio+

–

+

–

Rectificador

vE

vS 0

vS

D

+

Entrada Salida

+

Rectificador– –

vS vR

RL

Rectificador de media onda




Vamos a suponer un diodo ideal en el siguientecircuito. Ya vimos que es un circuito recortador quenos deja sólo un semiperiodo en la R de carga.

v(t)

tvR

v(t)

Como si fuera el secundario

del transformador Esta R representa a la carga

a alimentar



vD = 0V

v(t)

t

v(t)vR

En el semiperiodo positivo de la señal v(t) el diodo es

un cortocircuito, vD = 0V .

vR = v(t)

vR

t



En el semiperiodo negativo de la señal v(t) el diodo es

un circuito abierto, iD = 0 A

v(t)

t v(t)vR

vR = 0 V

vR

t



vR

v(t)

El periodo (o la frecuencia) de vR es el mismo que el de v(t).



IdsenIdiI m

mcc === 0

2

0 2

1

2

1

Rr

VIt

parai

parasenIi

Ld

m

m

m

+==

=

=

20

0

( ) ( )22

1

2

1 22

0

2

2/12

0

2

2/1I

dsenIdiI m

mef ===


Electrónica - Christian Grunfeld

El valor promedio de continua (Vcc) estárepresentado por el área positiva (o negativa si elrectificador es negativo) neta en un periodo. Eneste caso vale (si rd es despreciable frente a RL):

La tensión inversa de pico (VIP) es la tensiónmáxima que soporta un diodo polarizado eninversa. No debe llegar a la tensión de ruptura.Para este rectificador vale:

V.

π

I.Vcc mLm === RRI LLcc

VIP = Vm

12

Rectificador de onda completa


El circuito rectificador de onda completa contransformador con punto medio.

v(t)

t

v

t

En el semiperiodo positivo de la señalconduce el diodo de arriba y estácortado el de abajo.



vi(t)

iv(t)

La tensión v en la resistencia es v(t)

Vm

Tensión en

cada bobinado

secundario del

transformador

vR

vi(t)

iv(t)

t

t

En el semiperiodo negativo de la señal conduce eldiodo de abajo y está cortado el de arriba.

La tensión v en la resistencia es -v(t)

v(t)



Tensión en

cada bobinado

secundario del

transformador

vR



Vm

v(t)

t

v

t

En un ciclo completo tendremos:

2

2 mef

mcc

VV

VV ==



El cálculo del valor medio y del valor eficaz quedaen este caso:

La tensión inversa de pico que deberán soportar losdiodos ahora es:

mIP VV 2=

t

vi(t)



+- v

D1D2

D3D4

vi(t)R

El circuito rectificador de onda completa con puentede diodos (no necesita transformador con puntomedio).

vD =0V

vD =0V

i

+- v

v(t)

t

En el semiperiodo positivo de la señal conducen D1 yD3 y están cortados D2 y D4.

vR

t

La tensión v en la resistencia es v(t)





En el semiperiodo negativo de la señal conducen D2 yD4 y están cortados D1 y D3.

t

La tensión v en la resistencia es -v(t)

vD =0V

vD =0V

i

+- v

t

v(t) vR

v(t)

t t

V



El periodo de vR es la mitad que el de v(t). Lafrecuencia es el doble.



El valor promedio de continua y el valor eficaz son losmismos que para el circuito de dos diodos:

La tensión inversa de pico que deben soportar ahoralos diodos del puente es:

2

2 mef

mcc

VV

VV ==

mIP VV =

D

+

Entrada Salida

+ Rectificador

Filtro

C––

vE

vo

Filtro a capacitor


Si bien la salida del rectificador ya tiene un valormedio de continua, la salida sigue conteniendocomponentes de alterna. Agregamos un capacitoren paralelo con la carga para reducir estascomponentes de alterna.

Filtro a capacitor


Mientras la tensión del generador sea mayor que la tensión delcapacitor el diodo conduce. A la salida tendremos una copia de latensión de entrada. La fuente provee la corriente de salida y lacorriente de carga del capacitor.

D +

C–

v0

Cuando la tensión de entrada comienza a bajar y es menor quela tensión del capacitor el diodo se abre. La corriente de salida laprovee el capacitor.

+

–

viic iL

iD

+

–

vi

D+

–

v0

iLicC

t

t

t

t

• Tensión de salida en el rectificador de media onda con filtro acapacitor.

• Tensión de salida en el rectificador de onda completa con filtroa capacitor.

Filtro a capacitor


T/4 5T/4

T/4

Vs

3T/4

Vs

Filtro a capacitor


tT/4 5T/4

vs

tT/4 5T/4

iD

tT/4 5T/4

iCÁreas iguales

Filtro a capacitor


Vamos a definir de forma sencilla a la tensión derizado de salida (ripple) como la diferencia entre elvalor máximo y mínimo de tensión en la carga.

mMr VVV −=

t

TD

vs

VM

Vm

Vr

TC

T

Vamos a suponer que la constante de tiempo RC es losuficientemente grande para suponer que TC ≈ T.

Filtro a capacitor


Bajo las condiciones anteriores se cumple que:

)1( RCT

RCT

eVVVV

eVV

MmMr

Mm

−

−

−=−=

=

Si RC >> T entonces haciendo una aproximación lineal

de la exponencial (serie de Taylor):

fRC

VV

fRC

VV

RC

TVV

RC

Te

Mr

Mr

Mr

RC

T

2

1

−

−

Media onda

Onda completa

D

+

Entrada Salida

+

Regulador

C–

RL v

o vS

–

VZ

V min t

vS

• Regulador con rectificador de media onda

Regulador a Zener


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